План первого урока Arduino: знакомство, правила и первый светодиод

Короткий ответ для плана первого урока Arduino: не читай лекцию на первом уроке, а познакомься с классом и дай каждому почувствовать успех. У урока три цели: любопытство (начать с работающей схемы и связать её с устройствами, которые ученики уже знают), порядок (три базовых правила и договор класса, обсуждённый в первый же день) и первый успех (до звонка каждая группа, а если наборов нет, каждый ученик заставляет светодиод мигать и по собственному решению меняет, как он мигает). Раздели 40 минут так: 5 минут на демонстрацию, 7 минут на знакомство и разговор «микроконтроллеры вокруг нас», 5 минут на правила, 5 минут на приложение и аккаунты, 13 минут на первый светодиод, 5 минут на билет на выход и уборку. Ниже есть таблица хода урока, чек-лист подготовки, анкета для учеников, договор класса, задание на первую неделю и информационная записка, которую можно отправить родителям.

Эта статья про урок «недели 0»: тот, на котором наборы ещё не розданы или их совсем немного, а ученики впервые видят тебя и друг друга. Если нужен технический старт с ESP32, прочитай план первого урока по ESP32. Игры для начала урока мы разобрали в статье разминки на уроке, подробную проверку уровня — в статье класс с разным уровнем подготовки, полный список правил безопасности — в статье правила безопасности в мастерской, а как покупать и раздавать коды педагога — в статье коды Premium для класса. Здесь мы не повторяем их, а встраиваем в первый урок.

Три цели первого урока: любопытство, порядок, первый успех

Первый урок измеряется не тем, сколько ученики узнали, а тем, с каким настроением они придут на второй. Если ученик уходит с мыслью «это моё, у меня что-то заработало», шансов, что он останется на всё полугодие, больше; если 25 минут слушать определения сопротивления, тока и напряжения и ни к чему не прикоснуться, на следующий урок приходят уже с меньшим интересом. Поэтому сделай три цели наблюдаемыми и проверь их в конце билетом на выход. Глубоко объяснить одно понятие — задача второго урока; первый урок только открывает дверь. Есть и твоя собственная цель: к концу урока нужно знать имена всех 24 учеников, у кого уже есть опыт сборки и у кого нет доступа к устройствам.

40-минутный вводный урок шаг за шагом

Допустим, в классе 24 ученика, они будут работать в восьми группах по три человека, а у тебя есть хотя бы одна готовая демонстрационная схема, проектор и компьютер с установленной Arduino IDE. Если наборов хватает, первый светодиод собирают в группах, если их мало — половиной класса, а если нет совсем — в симуляторе или на твоей демонстрации; об этом отдельно ниже. Больше всего времени «уплывает» на этапе «первый светодиод», поэтому в конце каждого этапа пиши на доске, сколько минут осталось. Если отстаёшь от плана, сокращай этап с приложением, а не первый светодиод: создание аккаунтов можно перенести на дом или на второй урок, а первый успех перенести нельзя.

Начало: стартуй с работающей демонстрации (минуты 0–5)

В первые пять минут ученики должны увидеть, как что-то работает само. Для этого достаточно одной схемы, собранной и проверенной накануне. Самый эффектный вариант — проект Ночник на LDR: когда света становится меньше, светодиод включается, а когда ученик закрывает датчик рукой, схема решает, что «наступила ночь». Если хочется звука, подойдёт Работа с зуммером, а если нужно показать измерения, справится Измерение расстояния HC-SR04 (вывод в порт), который выводит расстояние на экран компьютера. Все три проекта бесплатны в BlueGrays, список деталей, схема и код открыты. Не бросайся объяснять, как только демонстрация заработала; сначала спроси: «Что эта схема чувствует? Что она решает? Что делает?» После двух-трёх ответов одним предложением скажи, что ученики соберут к концу курса, например: «К концу полугодия у тебя будет своя сигнализация, игра или измерительный прибор». Оставь демонстрационный стол открытым до конца урока: кто закончит раньше, сможет подойти и попробовать.

Микроконтроллеры вокруг нас: 7 минут, которые заодно служат знакомством

Свяжи круг знакомства с темой: каждый ученик называет своё имя и одно устройство дома, которое «принимает решения само». По 15 секунд на человека 24 ученика укладываются в 6 минут. Тем временем записывай ответы на доске в три столбца: Вход (что оно чувствует?), Решение (на основе чего?), Выход (что оно делает?). Стиральная машина чувствует, что дверца закрыта, и уровень воды, а затем крутит мотор по программе; кондиционер измеряет температуру в комнате, сравнивает её с заданной и включает или выключает компрессор; микроволновка считывает кнопки, отсчитывает время и пищит по окончании; автоматическая дверь чувствует приближение человека и вращает мотор. Держи темп: на повторы отвечай «устройство то же, назови другой датчик». В конце определение одним предложением даёшь ты: «Внутри этих устройств есть маленький компьютер; мы называем его микроконтроллером, и Arduino — один из них». Не стирай таблицу из трёх столбцов: к ней ты вернёшься на этапе первого светодиода, чтобы ученики заметили, что у их собственной схемы нет входа, есть только выход.

Правила и шаблон договора класса (минуты 12–17)

Вместо того чтобы зачитывать десять правил на первом уроке, назови только три и для каждого одним предложением объясни причину: перед заменой проводов отключай USB (неправильное соединение под питанием вызывает короткое замыкание), у каждого светодиода есть резистор (резистор ограничивает ток и защищает светодиод и пин), коробку с набором пересчитывают при открытии и при закрытии (недостающая деталь сорвёт урок следующей группе). Полный список, причины и правила обращения с батарейками — в статье правила безопасности; этот список лучше запоминается, если пройти его на втором или третьем уроке, когда первые схемы уже собраны. В последние две минуты зачитай проект договора класса ниже. Пусть у договора будет две стороны: что обещают ученики и что обещаешь ты. Односторонний список правил быстро превращается в листок на стене; двусторонний договор задаёт баланс «ошибаться можно, менять провода под питанием нельзя». Попроси каждую группу предложить один пункт, добавь предложения на втором уроке, пусть все подпишут, и пусть листок висит на стене всё полугодие. Ясность с оцениванием с первого дня — тоже часть ожиданий; покажи, как будут оцениваться работы в конце полугодия, с помощью таблицы, как в статье критерии оценивания.

• Мы: отключаем USB, когда меняем провода; кто-то из группы проверяет схему, прежде чем подать питание.
• Мы: если не получается, 3 минуты пробуем сами, потом спрашиваем свою группу и только потом педагога.
• Мы: не прячем сообщения об ошибках, а читаем их; ошибки — часть урока, и ни над кем не смеются за ошибку.
• Мы: меняемся ролями каждый урок; клавиатура и схема не остаются у одного человека.
• Мы: пересчитываем коробку с набором при открытии и закрытии и сообщаем о недостающих или сломанных деталях, а не прячем их.
• Мы: на уроке пользуемся телефоном для страницы проекта, кода и вопросов дня.
• Педагог: следит, чтобы на каждом уроке заработало хотя бы что-то одно, и приходит на урок с работающим примером.
• Педагог: заранее объясняет критерии оценивания и отвечает на вопросы не позже следующего урока.

Установка приложения и создание аккаунтов: на этом уроке или на следующем?

На первом уроке открой на проекторе проект Мигающий светодиод в BlueGrays: Нужные компоненты, Схема, Исходный код и переключатель Показать блоками — именно туда ученики будут чаще всего смотреть в ближайшие недели. Проект бесплатный, поэтому для первого светодиода никому не нужны ни Premium, ни код. А будут ли ученики устанавливать приложение и создавать аккаунт на своих телефонах, зависит от школьного Wi-Fi, правил насчёт телефонов и возраста; когда 24 человека одновременно скачивают приложение, пять минут легко превращаются в пятнадцать. Если используются коды педагога, привяжи их раздачу к этому же решению. Как покупать коды и передавать их по одному, пошагово описано в статье коды Premium для класса; здесь мы решаем только вопрос времени.

Первый светодиод: при полном комплекте наборов, при нехватке и без них (минуты 22–35)

Для первого успеха возьми проект Мигающий светодиод. Список деталей короткий: одна Arduino Uno, одна макетная плата, один светодиод, один резистор 220 Ω и две перемычки. Код включает светодиод на пине 9 на 100 миллисекунд и выключает на 100 миллисекунд, так что светодиод мигает пять раз в секунду. Настоящая задача не в том, чтобы загрузить код, а в том, чтобы предсказать результат изменения одного значения до того, как его попробовать. Так на первом же уроке ученики и собирают схему, и переживают ощущение «меняю код — и плата делает то, что я ей говорю». Распредели роли в группах с самого начала: один собирает схему, второй работает с клавиатурой, третий читает схему и проверяет. Меняй роли на каждом шаге.

1. Собери схему при отключённом USB: по Схеме на проекторе пин 9, резистор 220 Ω и светодиод соединяются последовательно; длинная ножка светодиода идёт к пину, короткая — к GND.
2. Чтец группы построчно сверяет схему с рисунком и поднимает руку; затем схему один раз проверяет педагог или соседняя группа.
3. Перенеси код из раздела Исходный код на компьютер: группа, работающая с телефона, может скопировать код или открыть его на компьютере по ссылке. В Arduino IDE выбери плату Arduino Uno и порт в меню Инструменты (Tools) и загрузи код.
4. Если светодиод быстро мигает, первый успех достигнут. Вернись к таблице «вход, решение, выход» на доске: «Какой вход у этой схемы?» Ответ: никакого, есть только выход; вход на второй неделе добавится вместе с кнопкой и датчиком.
5. Задание на предсказание: перед тем как заменить оба значения delay(100) на delay(1000), каждая группа записывает своё предсказание на листке. Затем загружают код: светодиод горит одну секунду и одну секунду не горит. Предсказание подтвердилось?
6. Группа, которая закончила раньше, включает Показать блоками и ищет, какой строке кода соответствует каждый блок, или добавляет в ту же схему второй светодиод и переходит к проекту Два попеременно мигающих светодиода.

Если наборов мало, раздели класс на две части: 12 учеников работают с наборами в четырёх группах, а остальные 12 собирают ту же схему в симуляторе на компьютере; на втором уроке они меняются. Как пользоваться симулятором схем в браузере, мы рассказали в статье симуляция Arduino в Tinkercad. Если нет ни наборов, ни достаточного числа компьютеров, собери первый светодиод на своём столе, под камерой или собрав учеников вокруг, но решения пусть остаются за учениками: возьми листочки с предсказаниями, дай классу проголосовать, «каким должен быть delay?», загрузи код и сравни результат с предсказаниями. Даже трёх раундов, например 100, 1000 и 50 миллисекунд, хватит, чтобы у каждого ученика было одно предсказание и один результат. В таком случае вопросы об устройствах в анкете ещё важнее, ведь по ним видно, кто сможет выполнить задание первой недели из дома.

Билет на выход: 3 вопроса, 4 минуты

1. Вход и выход: «Выбери одно из устройств, о которых мы сегодня говорили. Что оно чувствует и что делает?» (Измеряет цель «любопытство».)
2. Первый успех: «Что изменилось после замены delay(100) на delay(1000)? Почему?» (Понятно ли, как одно значение меняет поведение?)
3. Ожидания: «Напиши один проект, который хочется собрать на этом курсе, и оцени себя после сегодняшнего урока от 1 до 5: 1 — „ничего не понятно“, 5 — „хочу продолжать прямо сейчас“».
4. По желанию: «Вопрос, который хотелось задать, но не получилось». Ответь на вопросы из этой строки анонимно в первые пять минут второго урока.

Чек-лист подготовки перед уроком

• [ ] Собери демонстрационную схему накануне и хотя бы раз проверь её с тем же компьютером; положи рядом запасной USB-кабель.
• [ ] Проверь, что Arduino IDE открывается на каждом компьютере и при подключении Uno появляется порт. Об установке читай в статье установка Arduino IDE, об ошибках порта — в статье код не загружается в Arduino.
• [ ] Заранее один раз собери проект «Мигающий светодиод» своими руками; сфотографируй, где на макетной плате стоят светодиод и резистор, так, как это увидит ученик.
• [ ] Пронумеруй коробки с наборами, вложи в каждую карточку содержимого и один раз пересчитай каждую коробку.
• [ ] Держи открытыми на проекторе страницу проекта «Мигающий светодиод» и её вид в блоках в BlueGrays; сделай скриншоты на случай, если пропадёт Wi-Fi.
• [ ] Распечатай анкету, билеты на выход и карточки с именами по числу учеников плюс четыре запасных.
• [ ] Напиши проект договора класса на листе A3; оставь внизу место для предложений учеников.
• [ ] Отправь информационную записку родителям или участникам минимум за два дня до урока.
• [ ] Если используются коды педагога, заранее купи пакет в Профиль › Пакеты для педагогов, проверь коды в Мои коды и подготовь таблицу, чтобы сопоставить их со списком класса.
• [ ] Запиши план B: если откажут компьютеры или наборы, первый светодиод собирается на твоём столе с голосованием за предсказание.

Шаблон анкеты для учеников

Давай анкету в конце первого урока или как домашнее задание, а не в начале: первые минуты принадлежат демонстрации и знакомству. Пусть она будет на бумаге, с именем и короткой: 8 вопросов, не больше 5 минут. Её цель не оценка, а возможность заранее увидеть группы первой недели, выбор демонстраций и проблемы с устройствами. Не спрашивай больше личных данных, чем нужно: номера телефонов, адреса или сведения о семье в этой анкете ни к чему. Если нужна более подробная проверка уровня, перенеси на второй урок 10-минутный тест из статьи класс с разным уровнем подготовки.

1. Твоё имя и класс (или возрастная группа): ____________
2. Какой у тебя опыт? Никакого / Блочное программирование / Пошаговый проект с набором / Писать или менять собственный код
3. Почему именно этот курс? Любопытно / Школьный проект или проект для конкурса / Хочу потом работать в этой области / Посоветовала семья / Другое: ____
4. Что интереснее всего? (не больше 2) Световое шоу / Звук и музыка / Игры / Движение и роботы / Измерения и датчики / Управление с телефона / Умный дом / Дисплеи и часы
5. Есть ли дома доступ к компьютеру? Свой / Общий с семьёй / Нет. Если есть, операционная система: Windows / macOS / Linux / Не знаю
6. Есть ли доступ к телефону или планшету? Свой (iPhone / Android) / Кого-то из семьи / Нет
7. Есть ли дома отладочная плата или набор по электронике? Arduino Uno или Nano / ESP32 / Raspberry Pi Pico / Другой набор / Нет
8. Чему хочется научиться к концу полугодия? Одно предложение: ____________ (По желанию: есть ли что-то, что стоит знать педагогу?)

Короткое задание вне урока на первую неделю

Задание первой недели занимает 15–20 минут вне урока, и всё в нём доступно бесплатно. Его цель — сформировать группы для второго урока: интересы из «Подбора проекта» подсказывают выбор демонстраций и проектов, а тест на уровень показывает, кто в каком темпе будет двигаться. В приложении нет панели класса; результаты в удалённом списке не видны, поэтому ученики показывают их тебе на бумаге или на своём экране. Вот почему задание стоит дать в письменном виде. Для учеников без платы или устройства на три вопроса «Подбора проекта» можно ответить вместе на проекторе в начале второго урока. Если хочется превратить задание в более длинный маршрут вне урока, следуй плану из статьи занятия Arduino вне урока.

1. Открой Подбор проекта в BlueGrays и ответь на три вопроса: Что хочешь собрать?, Какая у тебя плата?, Какой у тебя опыт? Если платы нет, выбери Платы пока нет.
2. На экране результатов запиши название проекта с меткой ЛУЧШЕЕ СОВПАДЕНИЕ и проекта для разминки с меткой СНАЧАЛА РАЗМИНКА · БЕСПЛАТНО.
3. В Вопросах дня пройди Тест на уровень из 15 вопросов и запиши свой уровень (например, A1 Первый огонёк, A2 Сборщик схем).
4. Минимум три дня на этой неделе отвечай на вопросы дня; дневной набор — 5 вопросов, это около 3 минут.
5. Принеси листок на второй урок или покажи результаты на телефоне.

Информационная записка в первый день для родителей или участников

Отправь записку ниже родителям минимум за два дня до первого урока, а если работаешь со взрослыми, то самим участникам, и заполни квадратные скобки своими данными. Пусть она будет короткой: с одного взгляда родителям должно быть понятно, чему посвящены уроки, что принести, как обеспечивается безопасность и, если используются коды педагога, что это такое и какие данные передаются. Вместо длинного объяснения про коды в записке дай ссылку на статью, где пошагово описаны действия ученика.

• Что будем изучать: основы электроники и программирования на Arduino. На первом уроке мы познакомимся, обсудим правила класса и зажжём светодиод в нашей первой схеме.
• День и время урока: [день, время, кабинет]. Продолжительность: [число недель].
• Что принести: ручку и тетрадь. Если есть, телефон или планшет (iOS или Android) с приложением BlueGrays; 60 проектов (по 20 на каждую платформу), например «Мигающий светодиод», в приложении бесплатны. Компьютер дома не обязателен; наборы по электронике выдаются и собираются на уроке.
• Безопасность: схемы работают от 5 V через USB-порт компьютера; сетевое напряжение на уроках не используется никогда.
• Код педагога (если используется): одноразовый код формата BG-XXXX-XXXX-XXXX, который даёт ученику BlueGrays Premium на 30 или 365 дней. Педагог платит один раз; ученику не нужно привязывать карту к аккаунту Apple или Google, а по окончании срока ничего автоматически не списывается.
• Конфиденциальность: имя в BlueGrays, имя пользователя, email и фото профиля ученика, который активирует код, передаются педагогу. Прогресс по проектам и баллы за вопросы педагогу не показываются. Если в аккаунте есть действующая подписка через App Store или Google Play, код активировать не получится; прошу сообщить мне об этом.
• Контакты: [имя, email]. Пошаговая инструкция по активации кода — в статье как активировать код педагога.

Частые ошибки первого урока и как их исправить

Приходи на второй урок, прочитав билеты на выход и анкеты в тот же день: разложи билеты на три стопки (готовы, нужна небольшая поддержка, нужно внимательное сопровождение), пересобери группы по уровням и интересам из задания первой недели и потрать первые пять минут на «вопросы, которые хотелось задать, но не получилось». Все части этого урока, от «Ночника на LDR» для демонстрации до «Мигающего светодиода» для первого успеха, бесплатны в BlueGrays со схемой, кодом и блоками; если скачать приложение и один раз собрать «Мигающий светодиод» от начала до конца перед подготовкой первого урока, заранее станет видно, на каком шаге ученики скорее всего застрянут.